2023學(xué)年完整公開課版飛出地球

10.4飛出地球它就要實(shí)現(xiàn)了！

飛出地球是人類很久以來的夢想，卷首語目錄人類航天史神秘的宇宙中國航天史次目錄—神秘的宇宙宇宙的起源宇宙的組成和結(jié)構(gòu)銀河和銀河系太陽地球次目錄—人類航天史1991~20001981~19901971~19801961~19701951~19601941~19501931~19401921~19301911~19201901~1910次目錄—中國航天史神舟系列首枚人造地球衛(wèi)星第一個(gè)衛(wèi)星發(fā)射場航天事業(yè)發(fā)展記事宇宙的起源：

宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。宇宙是物質(zhì)世界，它處于不斷的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展中。

《淮南子.原道訓(xùn)》注：“四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地?！奔从钪媸翘斓厝f物的總稱。

千百年來，科學(xué)家們一直在探尋宇宙是什么時(shí)候、如何形成的。直到今天，科學(xué)家們才確信，宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。

在爆炸發(fā)生之前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。

大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。

然而，大爆炸而產(chǎn)生宇宙的理論尚不能確切地解釋，“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著什么東西？“大爆炸理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的。它是現(xiàn)代宇宙系中最有影響的一種學(xué)說，又稱大爆炸宇宙學(xué)。與其他宇宙模型相比，它能說明較多的觀測事啊實(shí)。它的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個(gè)時(shí)期里，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。

根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)的觀點(diǎn)，大爆炸的整個(gè)過程是：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個(gè)宇宙體系達(dá)到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。但是因?yàn)檎麄€(gè)體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí)，中子開始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素；化學(xué)元素就是從這一時(shí)期開始形成的。溫度進(jìn)一步下降到100萬度后，早期形成化學(xué)元素的過程結(jié)束。

宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度降到幾千度時(shí)，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。

宇宙及其組成和結(jié)構(gòu)

"宇宙是有限的還是無限的？有沒有中心有沒有邊？有沒有生老病死有沒有年齡？"這些恐怕是自從有人類的活動(dòng)以來一直被關(guān)心的問題。為了有一個(gè)更清楚的答案，讓我們先來看看它的組成和結(jié)構(gòu)吧。宇宙中的天體絢麗多彩，表現(xiàn)出了極高的層次性。1.行星5.大尺度結(jié)構(gòu)4.星系團(tuán)3.銀河系及河外星系2.恒星和星云1.行星

我們居住的地球是太陽系的一顆大行星。太陽系一共有九顆大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了大行星以外，還有60多顆衛(wèi)星、為數(shù)眾多的小行星、難以計(jì)數(shù)的彗星和流星體等。他們都是離我們地球較近的，是人們了解的較多的天體。那么，除了這些以外，茫茫宇宙空間還有一些什么呢？2.恒星和星云

晴夜，我們用肉眼可以看到許多閃閃發(fā)光的星星，他們絕大多數(shù)是恒星，恒星就是象太陽一樣本身能發(fā)光發(fā)熱的星球。我們銀河系內(nèi)就有1000多億顆恒星。恒星常常愛好“群居”，有許多是“成雙成對(duì)”地緊密靠在一起的，按照一定的規(guī)律互相繞轉(zhuǎn)著，這稱為雙星。還有一些是3顆、4顆或更多顆恒星聚在一起，稱為聚星。如果是十顆以上，甚至成千上萬顆星聚在一起，形成一團(tuán)星，這就是星團(tuán)。銀河系里就發(fā)現(xiàn)1000多個(gè)這樣的星團(tuán)。

在恒星世界中還有一些亮度會(huì)發(fā)生變化的星-變星。它們有的變化很有規(guī)律，有的沒有什么規(guī)律?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)了2萬多顆變星。有時(shí)侯天空中會(huì)突然出現(xiàn)一顆很亮的星，在兩三天內(nèi)會(huì)突然變亮幾萬倍甚至幾百萬倍，我們稱它們?yōu)樾滦?。還有一種亮度增加得更厲害的恒星，會(huì)突然變亮幾千萬倍甚至幾億倍，這就是超新星。

除了恒星之外，還有一種云霧似的天體，稱為星云。星云由極其稀薄的氣體和塵埃組成，形狀很不規(guī)則，如有名的獵戶座星云。

在沒有恒星又沒有星云的廣闊的星際空間里，還有些什么呢？是絕對(duì)的真空嗎？當(dāng)然不是。那里充滿著非常稀薄的星際氣體、星際塵埃、宇宙線和極其微弱的星際磁場。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們必定可以發(fā)現(xiàn)越來越多的新天體。3.銀河系及河外星系

隨著測距能力的逐步提高，人們逐漸在越來越大的尺度上對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)建立了立體的觀念。這里第一個(gè)重要的發(fā)展，是認(rèn)識(shí)了銀河。它包含兩重含義，一是了解了銀河的形狀，二是認(rèn)識(shí)了河外天體的存在。

銀河系是太陽所屬的一個(gè)龐大的恒星集團(tuán)，約包括1011顆恒星。這種恒星集團(tuán)叫星系。銀河系中大部分恒星分布成扁平的盤狀。盤的直徑為25kpc（千秒差距，1秒差距＝3.26光年＝3.09億億米），厚度約為2kpc。盤的中心有一球狀隆起，稱為核球。盤的外部由幾條旋臂構(gòu)成。太陽位于其中一條旋臂上，距離銀心約7kpc。銀盤上下有球狀的延展區(qū)，其中恒星分布較稀疏，稱為銀暈。暈的總質(zhì)量約占整體的10%，直徑約為30kpc。我們的太陽，就其光度，質(zhì)量和位置講，都只是銀河系中一個(gè)極普通的成員。

此外重要的是，并非天穹上一切發(fā)光體都是銀河系的一部分。設(shè)想有一個(gè)類似銀河系的恒星集團(tuán)，處于500kpc的距離上（銀河自身大小為30kpc）。其表觀亮度與2pc遠(yuǎn)處一顆類似太陽的恒星是一樣的。因此對(duì)天穹上的某個(gè)光點(diǎn)，只有測定它的距離，才能區(qū)分它是銀河系內(nèi)的恒星還是銀河系外的另一個(gè)星系。實(shí)際上，天穹上的大多數(shù)光點(diǎn)是銀河系的恒星，但也有相當(dāng)大量的發(fā)光體是與銀河系類似的巨大恒星集團(tuán)，歷史上曾被誤認(rèn)為是星云，我們稱它們?yōu)楹油庑窍?，現(xiàn)在已知道存在1000億個(gè)以上的星系，著名的仙女星系、大小麥哲倫星云就是肉眼可見的河外星系。星系的普遍存在，表明它代表宇宙結(jié)構(gòu)中的一個(gè)層次，從宇宙演化的角度看，它是比恒星更基本的層次。

星系的質(zhì)量差別很大。銀河系的質(zhì)量約為1011M⊙(太陽質(zhì)量單位)。在明亮的星系中，這是典型的大小。質(zhì)量很小的星系太暗，不易看到。小星系的質(zhì)量可低達(dá)106M⊙。星系的典型尺度為幾十千秒差距。若對(duì)視星等在23等以內(nèi)的星系作統(tǒng)計(jì)，星系總數(shù)在109以上。

20世紀(jì)60年代以來，天文學(xué)家還找到一種在銀河系以外象恒星一樣表現(xiàn)為一個(gè)光點(diǎn)的天體，但實(shí)際上它的光度和質(zhì)量又和星系一樣，我們叫它類星體，現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個(gè)這種天體。4.星系團(tuán)

當(dāng)我們把觀測的尺度再放大，宇宙可看成由大量星系構(gòu)成的"介質(zhì)"，而恒星只是星系內(nèi)部細(xì)致結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。這樣，為了了解宇宙結(jié)構(gòu)，需關(guān)心星系在空間的分布規(guī)律。

星系的空間分布不是無規(guī)的，它也有成團(tuán)現(xiàn)象。上千個(gè)以上的星系構(gòu)成的大集團(tuán)叫星系團(tuán)。大約只有10%星系屬于這種大星系團(tuán)。大部分星系只結(jié)成十幾、幾十或上百個(gè)成員的小團(tuán)?？梢钥隙ǖ氖牵窍祱F(tuán)代表了宇宙結(jié)構(gòu)中比星系更大的一個(gè)新層次。這層次的尺度大小為百萬秒差距，平均質(zhì)量是星系平均質(zhì)量的100倍。5.大尺度結(jié)構(gòu)

今天人們把10Mpc以上的結(jié)構(gòu)稱為宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)（目前觀測到的宇宙的大小是104Mpc）。至今大尺度上的觀測事實(shí)遠(yuǎn)不是十分明確的。有趣的是，有跡象表明，星系在大尺度上的分布呈泡沫狀。即有許多看不到星系的"空洞"區(qū)，而星系聚集在空洞的壁上，呈纖維狀或片狀結(jié)構(gòu)。這一層次的結(jié)構(gòu)叫超星系團(tuán)。它的典型尺度為幾十兆秒差距。

從演化理論來考慮，尺度大到一定程度，應(yīng)不再有結(jié)構(gòu)存在。這是否符合事實(shí)，以及這尺度多大，都是十分重要，并需要有大尺度觀測來回答的問題?，F(xiàn)今對(duì)宇宙在50Mpc以上是否還有顯著的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象存在，正是人們熱烈爭論中的焦點(diǎn)。

總之，若把星系看成宇宙物質(zhì)的基本單元，那么星系的分布狀況就是宇宙結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。現(xiàn)在看來，直至50Mpc的尺度為止，星系的分布呈現(xiàn)有層次的結(jié)構(gòu)。這就是我們對(duì)宇宙面貌的基本認(rèn)識(shí)。銀河和銀河系1.銀河和銀河系2.銀河系的結(jié)構(gòu)、大小和運(yùn)動(dòng)

我們?nèi)庋劭匆姷乃泻阈牵约霸S許多多因?yàn)樘刀庋劭床灰姷暮阈?，還包括我們的太陽和太陽系在內(nèi)，都屬于一個(gè)巨大的恒星系統(tǒng)，即銀河系。銀河系中還包括許多星團(tuán)、星際介質(zhì)和星云。

“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中?！拔覀兩硖庛y河系之中，能夠看到的是一條橫貫夜空的銀河。這是一條朦朧不清的光帶，綿延天空一整周。平均寬度約為20度。銀河是由許多遙遠(yuǎn)的恒星組成的，表明了銀河系的恒星在這一帶非常密集。在銀河中還可以看待許多暗帶，說明在銀河的方向上有大量的星際介質(zhì)和暗星云存在。

銀河和銀河系

現(xiàn)已知道，銀河系的中心有一個(gè)突起的核球，半徑有一萬多光年，里面的物質(zhì)非常密集，充滿了濃厚的星際介質(zhì)和星云。銀河系還有一個(gè)扁平的盤，稱為銀盤。硬盤中恒星很密集，還有各種星際介質(zhì)和星云及星團(tuán)。銀盤的直徑有10多萬光年，厚度只有幾千光年。我們看到的銀河，就是銀盤中遙遠(yuǎn)的恒星密集在一起形成的。銀盤一個(gè)非常引人注目的結(jié)構(gòu)是有旋渦狀的旋臂，因此銀河系屬于旋渦星系。

銀河系除了核球和銀盤以外，還有一個(gè)很大的暈，稱為銀暈。銀暈中的恒星很稀少，還有為數(shù)不多的球狀星團(tuán)。銀暈的半徑可能伸展到30萬光年之遠(yuǎn)。銀河系的結(jié)構(gòu)、大小和運(yùn)動(dòng)

銀河系具有自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但不像我們

地球這樣整體轉(zhuǎn)動(dòng)。銀河系自轉(zhuǎn)的速度

，起先隨離開銀河系中心的距離增大而

增大，但達(dá)到幾十萬光年后就停止增加

，直到銀暈中很遠(yuǎn)處都大致保持不變。

太陽在銀河系中位于銀盤之內(nèi)，離

開銀河系中心約2.6萬光年。太陽參加銀

河系自轉(zhuǎn)的速度每秒200多千米。假定銀

河系中的恒星質(zhì)量都與太陽相同(這并不

是事實(shí))，那么可以推算出，在銀河系中，

大約有1000多億顆恒星。太陽基本物理參數(shù)半徑:696295千米.

質(zhì)量:1.989×1030

千克

溫度:5800℃(表面)

1560萬℃(核心)

總輻射功率:3.83×1026

焦耳/秒

平均密度:1.409克/立方厘米

日地平均距離:1億5千萬千米

年齡:約50億年

對(duì)于人類來說，光輝的太陽無疑是宇宙中最重要的天體。萬物生長靠太陽，沒有太陽，地球上就不可能有姿態(tài)萬千的生命現(xiàn)象，當(dāng)然也不會(huì)孕育出作為智能生物的人類。太陽給人們以光明和溫暖，它帶來了日夜和季節(jié)的輪回，左右著地球冷暖的變化，為地球生命提供了各種形式的能源。在人類歷史上，太陽一直是許多人頂禮膜拜的對(duì)象。中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神。而在古希臘神話中，太陽神則是宙斯(萬神之王)的兒子。

太陽，這個(gè)既令人生畏又受人崇敬的星球，它究竟由什么物質(zhì)所組成，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？

其實(shí)，太陽只是一顆非常普通的恒星，在廣袤浩瀚的繁星世界里，太陽的亮度、大小和物質(zhì)密度都處于中等水平。只是因?yàn)樗x地球最近，所以看上去是天空中最大最亮的天體。其它恒星離我們都非常遙遠(yuǎn)，即使是最近的恒星，也比太陽遠(yuǎn)27萬倍，看上去只是一個(gè)閃爍的光點(diǎn)。

組成太陽的物質(zhì)大多是些普通的氣體，其中氫約占71％,氦約占27％,其它元素占2％。太陽從中心向外可分為核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)、太陽大氣。太陽的大氣層，像地球的大氣層一樣，可按不同的高度和不同的性質(zhì)分成各個(gè)圈層，即光球、色球和日冕三層。我們平?？吹降奶柋砻妫翘柎髿獾淖畹讓?，溫度約是6000攝氏度。它是不透明的，因此我們不能直接看見太陽內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。但是，天文學(xué)家根據(jù)物理理論和對(duì)太陽表面各種現(xiàn)象的研究，建立了太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)的模型。這一模型也已經(jīng)被對(duì)于其他恒星的研究所證實(shí)，至少在大的方面，是可信的。

太陽的核心區(qū)域雖然很小，半徑只是太陽半徑的1/4，但卻是太陽那巨大能量的真正源頭。太陽核心的溫度極高，達(dá)1500萬℃，壓力也極大，使得由氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)得以發(fā)生，從而釋放出極大的能量。這些能量再通過輻射層和對(duì)流層中物質(zhì)的傳遞，才得以傳送到達(dá)太陽光球的底部，并通過光球向外輻射出去。

太陽光球就是我們平常所看到的太陽園面，通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑。光球的表面是氣態(tài)的，其平均密度只有水的幾億分之一，但由于它的厚度達(dá)500千米，所以光球是不透明的。光球?qū)拥拇髿庵写嬖谥ち业幕顒?dòng)，用望遠(yuǎn)鏡可以看到光球表面有許多密密麻麻的斑點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，很象一顆顆米粒，稱之為米粒組織。它們極不穩(wěn)定，一般持續(xù)時(shí)間僅為5～10分鐘，其溫度要比光球的平均溫度高出300～400℃。目前認(rèn)為這種米粒組織是光球下面氣體的劇烈對(duì)流造成的現(xiàn)象。

光球表面另一種著名的活動(dòng)現(xiàn)象便是太陽黑子。黑子是光球?qū)由系木薮髿饬餍郎u，大多呈現(xiàn)近橢圓形，在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑，但實(shí)際上它們的溫度高達(dá)4000℃左右，倘若能把黑子單獨(dú)取出，一個(gè)大黑子便可以發(fā)出相當(dāng)于滿月的光芒。日面上黑子出現(xiàn)的情況不斷變化，這種變化反映了太陽輻射能量的變化。太陽黑子的變化存在復(fù)雜的周期現(xiàn)象，平均活動(dòng)周期為11.2年。

緊貼光球以上的一層大氣稱為色球?qū)樱綍r(shí)不易被觀測到，過去這一區(qū)域只是在日全食時(shí)才能被看到。當(dāng)月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間，人們能發(fā)現(xiàn)日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩，那就是色球。色球?qū)雍窦s8000千米,它的化學(xué)組成與光球基本上相同，但色球?qū)觾?nèi)的物質(zhì)密度和壓力要比光球低得多。日常生活中，離熱源越遠(yuǎn)處溫度越低，而太陽大氣的情況卻截然相反，光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃，到了色球頂部溫度竟高達(dá)幾萬度，再往上，到了日冕區(qū)溫度陡然升至上百萬度。人們對(duì)這種反常增溫現(xiàn)象感到疑惑不解，至今也沒有找到確切的原因。

在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰，這就是天文上所謂的“日珥”。日珥是迅速變化著的活動(dòng)現(xiàn)象，一次完整的日珥過程一般為幾十分鐘。同時(shí)，日珥的形狀也可說是千姿百態(tài)，有的如浮云煙霧，有的似飛瀑噴泉，有的好似一彎拱橋，也有的酷似團(tuán)團(tuán)草叢，真是不勝枚舉。天文學(xué)家根據(jù)形態(tài)變化規(guī)模的大小和變化速度的快慢將日珥分成寧靜日珥、活動(dòng)日珥和爆發(fā)日珥三大類。最為壯觀的要屬爆發(fā)日珥，本來寧靜或活動(dòng)的日珥，有時(shí)會(huì)突然"怒火沖天"，把氣體物質(zhì)拼命往上拋射，然后回轉(zhuǎn)著返回太陽表面，形成一個(gè)環(huán)狀，所以又稱環(huán)狀日珥。地球概況1.地球基本參數(shù)2.地球各圈層結(jié)構(gòu)3.大氣圈4.水圈5.生物圈7.地幔圈和外核液體圈8.固體內(nèi)核圈6.巖石圈和軟流圈地球基本參數(shù)平均赤道半徑:ae=6378136.49米

平均極半徑:ap=6356755.00米

平均半徑:a=6371001.00米

赤道重力加速度:ge=9.780327米/秒2

平均自轉(zhuǎn)角速度:ωe=7.292115×10-5

弧度/秒

扁率:f=0.003352819

質(zhì)量:M⊕=5.9742×1024

公斤

地心引力常數(shù):GE=3.986004418×1014

米3/秒2

平均密度:ρe=5.515克/厘米3

太陽與地球質(zhì)量比:S/E=332946.0

太陽與地月系質(zhì)量比:S/(M+E)=328900.5

回歸年長度:T=365.2422天

離太陽平均距離:A=1.49597870×1011

米

逃逸速度:v=11.19公里/秒

表面溫度:t=-30～+45

表面大氣壓:p=1013.250毫巴

地球各圈層結(jié)構(gòu)

人們對(duì)于地球的結(jié)構(gòu)直到最近才有了比較清楚的認(rèn)識(shí)。整個(gè)地球不是一個(gè)均質(zhì)體，而是具有明顯的圈層結(jié)構(gòu)。地球每個(gè)圈層的成分、密度、溫度等各不相同。在天文學(xué)中，研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)于了解地球的運(yùn)動(dòng)、起源和演化，探討其它行星的結(jié)構(gòu)，以至于整個(gè)太陽系起源和演化問題，都具有十分重要的意義。

地球圈層分為地球外圈和地球內(nèi)圈兩大部分。地球外圈可進(jìn)一步劃分為四個(gè)基本圈層，即大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈；地球內(nèi)圈可進(jìn)一步劃分為三個(gè)基本圈層，即地幔圈、外核液體圈和固體內(nèi)核圈。此外在地球外圈和地球內(nèi)圈之間還存在一個(gè)軟流圈，它是地球外圈與地球內(nèi)圈之間的一個(gè)過渡圈層，位于地面以下平均深度約150公里處。這樣，整個(gè)地球總共包括八個(gè)圈層，其中巖石圈、軟流圈和地球內(nèi)圈一起構(gòu)成了所謂的固體地球。對(duì)于地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及巖石圈的表面，一般用直接觀測和測量的方法進(jìn)行研究。而地球內(nèi)圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震學(xué)、重力學(xué)和高精度現(xiàn)代空間測地技術(shù)觀測的反演等進(jìn)行研究。地球各圈層在分布上有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，即固體地球內(nèi)部與表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈層則是相互滲透甚至相互重疊的，其中生物圈表現(xiàn)最為顯著，其次是水圈。

大氣圈

大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，它包圍著海洋和陸地。大氣圈沒有確切的上界，在2000～16000公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子。在地下，土壤和某些巖石中也會(huì)有少量空氣，它們也可認(rèn)為是大氣圈的一個(gè)組成部分。地球大氣的主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04％比例的微量氣體。地球大氣圈氣體的總質(zhì)量約為5.136×1021克，相當(dāng)于地球總質(zhì)量的百萬分之0.86。由于地心引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度范圍內(nèi)，其中75％的大氣又集中在地面至10公里高度的對(duì)流層范圍內(nèi)。根據(jù)大氣分布特征，在對(duì)流層之上還可分為平流層、中間層、熱成層等。

水圈

水圈包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等，它是一個(gè)連續(xù)但不很規(guī)則的圈層。從離地球數(shù)萬公里的高空看地球，可以看到地球大氣圈中水汽形成的白云和覆蓋地球大部分的藍(lán)色海洋，它使地球成為一顆"藍(lán)色的行星"。地球水圈總質(zhì)量為1.66×1024克，約為地球總質(zhì)量的3600分之一，其中海洋水質(zhì)量約為陸地（包括河流、湖泊和表層巖石孔隙和土壤中）水的35倍。如果整個(gè)地球沒有固體部分的起伏，那么全球?qū)⒈簧钸_(dá)2600米的水層所均勻覆蓋。大氣圈和水圈相結(jié)合，組成地表的流體系統(tǒng)。

生物圈

由于存在地球大氣圈、地球水圈和地表的礦物，在地球上這個(gè)合適的溫度條件下，形成了適合于生物生存的自然環(huán)境。人們通常所說的生物，是指有生命的物體，包括植物、動(dòng)物和微生物。據(jù)估計(jì)，現(xiàn)有生存的植物約有40萬種，動(dòng)物約有110多萬種，微生物至少有10多萬種。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在地質(zhì)歷史上曾生存過的生物約有5－10億種之多，然而，在地球漫長的演化過程中，絕大部分都已經(jīng)滅絕了。現(xiàn)存的生物生活在巖石圈的上層部分、大氣圈的下層部分和水圈的全部，構(gòu)成了地球上一個(gè)獨(dú)特的圈層，稱為生物圈。生物圈是太陽系所有行星中僅在地球上存在的一個(gè)獨(dú)特圈層。

巖石圈

對(duì)于地球巖石圈，除表面形態(tài)外，是無法直接觀測到的。它主要由地球的地殼和地幔圈中上地幔的頂部組成，從固體地球表面向下穿過地震波在近33公里處所顯示的第一個(gè)不連續(xù)面（莫霍面），一直延伸到軟流圈為止。巖石圈厚度不均一，平均厚度約為100公里。由于巖石圈及其表面形態(tài)與現(xiàn)代地球物理學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)有著密切的關(guān)系，因此，巖石圈是現(xiàn)代地球科學(xué)中研究得最多、最詳細(xì)、最徹底的固體地球部分。由于洋底占據(jù)了地球表面總面積的2/3之多，而大洋盆地約占海底總面積的45％，其平均水深為4000～5000米，大量發(fā)育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周圍延伸著廣闊的海底丘陵。因此，整個(gè)固體地球的主要表面形態(tài)可認(rèn)為是由大洋盆地與大陸臺(tái)地組成，對(duì)它們的研究，構(gòu)成了與巖石圈構(gòu)造和地球動(dòng)力學(xué)有直接聯(lián)系的“全球構(gòu)造學(xué)”理論。

軟流圈

在距地球表面以下約100公里的上地幔中，有一個(gè)明顯的地震波的低速層，這是由古登堡在1926年最早提出的，稱之為軟流圈，它位于上地幔的上部即B層。在洋底下面，它位于約60公里深度以下；在大陸地區(qū)，它位于約120公里深度以下，平均深度約位于60～250公里處。現(xiàn)代觀測和研究已經(jīng)肯定了這個(gè)軟流圈層的存在。也就是由于這個(gè)軟流圈的存在，將地球外圈與地球內(nèi)圈區(qū)別開來了。

地幔圈

地震波除了在地面以下約33公里處有一個(gè)顯著的不連續(xù)面（稱為莫霍面）之外，在軟流圈之下，直至地球內(nèi)部約2900公里深度的界面處，屬于地幔圈。由于地球外核為液態(tài)，在地幔中的地震波S波不能穿過此界面在外核中傳播。P波曲線在此界面處的速度也急劇減低。這個(gè)界面是古登堡在1914年發(fā)現(xiàn)的，所以也稱為古登堡面，它構(gòu)成了地幔圈與外核流體圈的分界面。整個(gè)地幔圈由上地幔（33～410公里深度的B層，410～1000公里深度的C層，也稱過渡帶層）、下地幔的D′層（1000～2700公里深度）和下地幔的D″層（2700～2900公里深度）組成。地球物理的研究表明，D″層存在強(qiáng)烈的橫向不均勻性，其不均勻的程度甚至可以和巖石層相比擬，它不僅是地核熱量傳送到地幔的熱邊界層，而且極可能是與地幔有不同化學(xué)成分的化學(xué)分層。

外核液體圈

地幔圈之下就是所謂的外核液體圈，它位于地面以下約2900公里至5120公里深度。整個(gè)外核液體圈基本上可能是由動(dòng)力學(xué)粘度很小的液體構(gòu)成的，其中2900至4980公里深度稱為E層，完全由液體構(gòu)成。4980公里至5120公里深度層稱為F層，它是外核液體圈與固體內(nèi)核圈之間一個(gè)很簿的過渡層。

固體內(nèi)核圈

地球八個(gè)圈層中最靠近地心的就是所謂的固體內(nèi)核圈了，它位于5120至6371公里地心處，又稱為G層。根據(jù)對(duì)地震波速的探測與研究，證明G層為固體結(jié)構(gòu)。地球內(nèi)層不是均質(zhì)的，平均地球密度為5.515克/厘米3，而地球巖石圈的密度僅為2.6～3.0克/厘米3。由此，地球內(nèi)部的密度必定要大得多，并隨深度的增加，密度也出現(xiàn)明顯的變化。地球內(nèi)部的溫度隨深度而上升。根據(jù)最近的估計(jì)，在100公里深度處溫度為1300°C，300公里處為2000°C，在地幔圈與外核液態(tài)圈邊界處，約為4000°C，地心處溫度為5500～6000°C。

人類航空發(fā)展史1901-1910年

人類很早以前就想到太空暢游一番了。1903年人類在地球上開設(shè)了第一家月亮公園?；?0美分就能登上一個(gè)雪茄狀、帶翼的車，然后車身劇烈搖晃，最后登上一個(gè)月亮模型。同一年，萊特兄弟在空中噠噠作響地飛行了59秒，同時(shí)一位名為康斯坦丁·焦烏科夫斯基、自學(xué)成才的俄羅斯人發(fā)表了題為《利用反作用儀器進(jìn)行太空探索》的文章。他在文內(nèi)演算，一枚導(dǎo)彈要克服地球引力就必須以1.8萬英里的時(shí)速飛行。他還建議建造一枚液體驅(qū)動(dòng)的多級(jí)火箭。

人類航空發(fā)展史1911-1920年

1919年，美國馬薩諸塞州性情孤僻的羅伯特·戈達(dá)德用復(fù)雜的計(jì)算說明，登月火箭是可以制造出來的?！案赀_(dá)德”這個(gè)名字在美洲大陸很快傳為笑柄。戈達(dá)德在姨媽的農(nóng)場里深居簡出，并于1926年3月16日成功地點(diǎn)燃了歷史上第一支液體驅(qū)動(dòng)火箭。

人類航空發(fā)展史1921-1930年

1923年，研究凡爾納的專家兼物理學(xué)家海爾曼·奧伯特發(fā)表了一本長達(dá)92頁、公式連篇的小冊(cè)子。他想使這本名為《奔向太空的火箭》的小冊(cè)子成為宇航的初級(jí)課本。奧伯特指出，火箭也可以在真空中飛行，而且速度比逸出的驅(qū)動(dòng)氣體要快，“在一定條件下會(huì)出現(xiàn)一種效率特別高的飛行器，它能輕而易舉地飛抵另一個(gè)陌生的天體”。他畫出一張包括太空導(dǎo)彈的宇航站的草圖。似乎很自然，這個(gè)宇航幻想家也已考慮建造一個(gè)太空鏡。奧伯特的文章激起了宇航的巨大興趣。當(dāng)時(shí)人類似乎只有一個(gè)愿望——離開地球。

人類航空發(fā)展史1931-1940年

1932年，年輕的蘇聯(lián)成立了第一個(gè)宇航組織。該組織不久后便成為紅軍的一個(gè)分支機(jī)構(gòu)，因?yàn)樵诨鹦巧辖⒐伯a(chǎn)主義之前，工程師要研制軍用導(dǎo)彈，以維護(hù)地球上的秩序。1929－1930年度在德國取得很大成功的一部影片叫《月亮夫人》。奧伯特曾作為科學(xué)顧問參加了該片的拍攝。觀眾中坐著一位名為布勞恩的高年級(jí)學(xué)生和內(nèi)貝爾、維利·萊和克勞斯·里德爾先生。他們聯(lián)合組成了“宇航協(xié)會(huì)”，過著僧侶般嚴(yán)格自律的生活。不久后，他們?cè)诎亓值馁嚹峥隙喾颉盎鸺l(fā)射地”試驗(yàn)噴氣式火箭，并計(jì)算出飛往火星的拋物線。陸軍武器局的兩位工程師瓦爾特·多恩貝格爾和卡爾·貝克爾裝扮成老百姓參加了該協(xié)會(huì)。從1934年起，火箭研究工作在德國成為機(jī)密。

人類航空發(fā)展史1941-1950年

1942年10月3日，“A4”號(hào)導(dǎo)彈成功地進(jìn)行了第一次發(fā)射。此后的V2導(dǎo)彈彈身上畫上了傳說中的“月亮夫人”。它飛到了90公里的高度。“Aggregat4”號(hào)導(dǎo)彈是個(gè)“原始細(xì)胞”，由此生長出了兩個(gè)超級(jí)大國的導(dǎo)彈和宇宙空間計(jì)劃。這些計(jì)劃給本世紀(jì)剩余的日子打上了烙印，為人類的自我毀滅提供了可能。

佩訥明德基地表明，這樣高度綜合的導(dǎo)彈技術(shù)需要一定的管理和財(cái)政支持，這只能由國家來提供——也就是由軍方來承擔(dān)。布勞恩后來解釋說，他參加納粹黨、并于1940年成為黨衛(wèi)軍沖鋒隊(duì)小隊(duì)長是為了能夠繼續(xù)發(fā)展導(dǎo)彈計(jì)劃。

對(duì)能工巧匠來說，佩訥明德是個(gè)天堂。最優(yōu)秀的工程師云集此地，能夠立即把他們的圖紙轉(zhuǎn)化為成品。這里有風(fēng)洞和實(shí)驗(yàn)室，并研制出第一枚巡航導(dǎo)彈、第一個(gè)電子模擬計(jì)算器，完善了陀螺儀控制技術(shù)、無線通訊和精密水泵。

1944年9月8日，當(dāng)?shù)谝幻丁皥?bào)復(fù)性武器”V2導(dǎo)彈擊中倫敦時(shí)，佩訥明德人捧著香檳碰杯。在戰(zhàn)爭末期，總共6000枚V2導(dǎo)彈中大約有一半被發(fā)射到安特衛(wèi)普、倫敦、馬斯特里赫特和其它城市。估計(jì)V2導(dǎo)彈使12685人喪命，其中三分之二為平民。在希特勒死后兩天，這些工程師決定向美國人投誠。人類航空發(fā)展史1951-1960年

50年代，有一個(gè)公認(rèn)的基本思想是，哪個(gè)國家第一個(gè)成功地建立永久性宇宙空間站，它遲早就能控制整個(gè)地球。馮·布勞恩向美國人描述了洲際導(dǎo)彈、潛艇導(dǎo)彈、太空鏡和可能的登月旅行。他曾設(shè)想建立一個(gè)經(jīng)常載人的、并能發(fā)射核導(dǎo)彈的宇宙空間站。他說：“如果考慮到空間站在地球上所有有人居住的地區(qū)上空飛行，那么人們就能認(rèn)識(shí)到，這種核戰(zhàn)爭技術(shù)會(huì)使衛(wèi)星制造者在戰(zhàn)爭中處于絕對(duì)優(yōu)勢地位。

加利福尼亞的蘭德軍事研究所專家認(rèn)為，第一個(gè)發(fā)射人造衛(wèi)星的國家將“在軍事和科學(xué)方面都成為領(lǐng)袖國家”。這就是美國對(duì)塔斯社于1957年10月4日?qǐng)?bào)道蘇聯(lián)成功發(fā)射人造衛(wèi)星一號(hào)——第一顆進(jìn)入環(huán)繞地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星——感到震驚的原因。美國當(dāng)時(shí)還在忙于改建“紅石地地短程戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈”，以便能從土耳其向蘇聯(lián)發(fā)射核彈頭。美國的衛(wèi)星計(jì)劃也還在制定之中?，F(xiàn)在，第一顆人造地球衛(wèi)星是在為世界共產(chǎn)主義服務(wù)。氫彈之父愛德華·特勒說，美國輸?shù)袅诉@場“比珍珠港更重要的戰(zhàn)役”。直到里根總統(tǒng)任命他為“星球大戰(zhàn)計(jì)劃”的顧問，他的心情才恢復(fù)了平靜。圍繞爭奪太空優(yōu)勢的競爭進(jìn)入了重要關(guān)頭。坐落于哈薩克斯坦草原上的拜科努爾航天中心的技術(shù)人員竭盡所能使美國同行心灰意冷。1957年，他們把一條名為“萊伊卡”的母狗送上了繞地球運(yùn)行的軌道；而在美國卡納維拉爾角“先鋒”號(hào)從一米半的高度墜落到發(fā)射臺(tái)爆炸。人類航空發(fā)展史1961-1970年

1961年，加加林成為進(jìn)入太空的第一人。俄國人用他說明，在天上飛來飛去的并不是天使，也不是上帝。1961年5月25日，肯尼迪說，“在60年代結(jié)束之前要把人送上月球，并讓他安全返回地球”。把星條旗插到這塊無生命的石頭星球上的計(jì)劃將花費(fèi)250億美元。國會(huì)批準(zhǔn)了這項(xiàng)計(jì)劃，同時(shí)批準(zhǔn)部署1000枚“民兵地地洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈”和656枚“北極星中遠(yuǎn)程戰(zhàn)略潛艇核導(dǎo)彈”。登月競爭就此展開。在“阿波羅”計(jì)劃達(dá)到高潮時(shí)，共有50萬人參與了這個(gè)行動(dòng)。為了節(jié)省時(shí)間，美國航天局把起飛試驗(yàn)的次數(shù)限制到了最低點(diǎn)?！半p子星座”號(hào)載人飛船試驗(yàn)了對(duì)接技術(shù)和控制技術(shù)；“徘徊者”號(hào)和“月球軌道器”號(hào)在月球表面尋找適合著陸的地點(diǎn)?！鞍⒉_8”號(hào)成功地圍繞月球飛行。宇航員在1968年圣誕節(jié)向人類奉送了《創(chuàng)世紀(jì)》中的詩句。1969年7月20日，“阿波羅11”號(hào)幸運(yùn)地在月球上降落，這成為本世紀(jì)第一次通過電視對(duì)全球轉(zhuǎn)播的事件。人類航空發(fā)展史1971-1980年蘇聯(lián)工程師在登月競賽失利之后，把精力集中于裝配載人空間站。蘇聯(lián)的第一代空間站為“禮炮”號(hào)，是世界上最早建立的軌道空間站。1971年第一個(gè)空間站“禮炮1”號(hào)被送入軌道，在返航途中壓力閥提前打開，導(dǎo)致3名宇航員喪生。之后，蘇聯(lián)“禮炮－2”號(hào)、“禮炮－3”號(hào)、“禮炮－4”號(hào)和“禮炮－5”號(hào)5個(gè)空間站。它們每個(gè)的重量約19噸，長16米，只有一個(gè)對(duì)接口，可與“聯(lián)盟”號(hào)載人飛船對(duì)接。在此類空間站上，宇航員連續(xù)停留最長的時(shí)間為63天。人類航空發(fā)展史1981-1990年

1981年4月第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞”號(hào)起飛，全美國都為之驕傲。美國航天局向國會(huì)兜售這項(xiàng)計(jì)劃時(shí)稱，它是可以重復(fù)使用的“太空航天飛機(jī)”，能節(jié)省費(fèi)用，但該計(jì)劃的實(shí)際花費(fèi)達(dá)到了天文數(shù)字——100億美元。此后，美國的航天飛機(jī)頻繁起飛，完成了不少太空任務(wù)，比如衛(wèi)星發(fā)射、太空實(shí)驗(yàn)等等。而蘇聯(lián)在1988年11月15日才在拜科努爾航天中心成功地發(fā)射了第一架航天飛機(jī)“暴風(fēng)雪（buran）”號(hào)，而且這架航天飛機(jī)還是在無人駕駛狀態(tài)下升空的。美國的航天飛機(jī)在1986年遭受了重大挫折。當(dāng)年1月28日上午，美國航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者”號(hào)從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心的發(fā)射架上升空，73秒種后突然爆炸，價(jià)值12億美元的航天飛機(jī)被炸成碎片墜入大西洋，機(jī)長斯科比、美籍日本人鬼冢等7名機(jī)組人員全部遇難。

人類航空發(fā)展史1991-2000年如果將和平號(hào)空間站看作人類的第三代空間站，國際空間站則屬于第四代空間站了。國際空間站工程耗資600多億美元，是人類迄今為止規(guī)模最大的載人航天工程。它從最初的構(gòu)想和最后開始實(shí)施既是當(dāng)年美蘇競爭的產(chǎn)物，又是當(dāng)前美俄合作的結(jié)果，從側(cè)面折射出歷史的一段進(jìn)程。

1993年克林頓政府提出，將“自由”號(hào)空間站計(jì)劃由美國獨(dú)自建造改為國際合作建設(shè)，把美國在航天領(lǐng)域內(nèi)的對(duì)手俄羅斯拉進(jìn)來，再聯(lián)合日本、歐洲航天局及加拿大作為伙伴共同籌建。美國吸引俄羅斯參加國際空間站的建設(shè)可謂老謀深算，既可以利用俄羅斯現(xiàn)成的硬件及載人航天技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，降低空間站的成本，又可以防止俄羅斯航天技術(shù)的擴(kuò)散，可謂“一箭雙雕”。而繼承了蘇聯(lián)航天科技成果的俄羅斯則由于國內(nèi)政局動(dòng)蕩，經(jīng)濟(jì)困難，已無力獨(dú)自開展大規(guī)模的航天活動(dòng)，所以也樂意與美國聯(lián)手建造空間站。這樣，兩個(gè)冷戰(zhàn)時(shí)期的宿敵決定攜手起來共建國際空間站。經(jīng)過5年準(zhǔn)備，空間站于1998年底正式“開工”興建。

國際空間站計(jì)劃的實(shí)施分3個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是從1994年開始的準(zhǔn)備階段，現(xiàn)已完成。這期間，美俄主要進(jìn)行了一系列聯(lián)合載人航天活動(dòng)。美國航天飛機(jī)與俄羅斯“和平”號(hào)軌道站8次對(duì)接與共同飛行，訓(xùn)練了美國宇航員在空間站上生活和工作的能力；第二階段從1998年11月開始：俄羅斯使用“質(zhì)子－K”火箭把空間站主艙——功能貨物艙送入了軌道。它還擔(dān)負(fù)著一些軍事實(shí)驗(yàn)任務(wù)，因此該艙只允許美國宇航員使用。實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射和對(duì)接的完成，將標(biāo)志著第二階段的結(jié)束，那時(shí)空間站已初具規(guī)模，可供3名宇航員長期居?。坏谌A段則是要把美國的居住艙、歐洲航天局和日本制造的實(shí)驗(yàn)艙和加拿大的移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)等送上太空。當(dāng)這些艙室與空間站對(duì)接后，則標(biāo)志著國際空間站裝配最終完成，這時(shí)站上的宇航員可增至7人。

國際空間站預(yù)計(jì)將在2004年建成，完工后由6個(gè)實(shí)驗(yàn)艙（美國一個(gè)、歐洲航天局一個(gè)、俄羅斯三個(gè)）、一個(gè)居住艙、兩個(gè)連接艙、服務(wù)系統(tǒng)及運(yùn)輸系統(tǒng)等組成，是一個(gè)長88米，重約430噸的龐然大物，站上居住艙容積為1200平方米。美、俄等15國聯(lián)手建造國際空間站，預(yù)示著一個(gè)各國共同探索和和平開發(fā)宇宙空間的時(shí)代即將到來。不過，幾十年來載人航天活動(dòng)的成果還遠(yuǎn)未滿足他們對(duì)太空的渴求?！奥仿湫葸h(yuǎn)兮，吾將上下而求索”，人類一直都心懷征服太空的欲望和和平利用太空資源的決心。1998年11月，人類第一個(gè)進(jìn)入地球軌道的美國宇航員、77歲的老格倫帶著他未泯的雄心再次踏上了太空征程，這似乎在告訴人類：照此下去，征服太空不是夢。

中國載人航天工程指揮部負(fù)責(zé)人10月10日宣布，我國將于10月15日至17日擇機(jī)進(jìn)行首次載人航天飛行。我國航天事業(yè)起步于二十世紀(jì)五六十年代。1970年4月24日，第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅”1號(hào)在酒泉發(fā)射成功，我國成為世界上第五個(gè)發(fā)射衛(wèi)星的國家。1975年11月26日，首顆返回式衛(wèi)星發(fā)射成功，3天后順利返回，我國成為世界上第三個(gè)掌握衛(wèi)星返回技術(shù)的國家。30多年來，我國共研制發(fā)射了15種類型、51顆人造地球衛(wèi)星，成功率達(dá)90％以上，初步形成了4個(gè)衛(wèi)星系列——返回式遙感衛(wèi)星系列、“東方紅”通信廣播衛(wèi)星系列、“風(fēng)云”氣象衛(wèi)星系列和“實(shí)踐”科學(xué)探測與技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星系列，“資源”地球資源衛(wèi)星系列和“北斗”導(dǎo)航定位衛(wèi)星系列也即將形成。1992年，我國載人飛船正式列入國家計(jì)劃進(jìn)行研制，這項(xiàng)工程后來被定名為“神舟”號(hào)飛船載人航天工程?！吧裰邸碧?hào)飛船載人航天工程由“神舟”號(hào)載人飛船系統(tǒng)、“長征”運(yùn)載火箭系統(tǒng)、酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心飛船發(fā)射場系統(tǒng)、飛船測控與通信系統(tǒng)、航天員系統(tǒng)、科學(xué)研究和技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)等組成，是我國在20世紀(jì)末期至21世紀(jì)初期規(guī)模最龐大、技術(shù)最復(fù)雜的航天工程。

中國航天事業(yè)